Estudio y corrección de reflejos en las imágenes producidas por el

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Comunicación Interna
Instituto de Astronomía
1
UNAM
aceptación: 28-06-2012
recepción: 27-11-2011
CI-2012-08
Estudio y corrección de reflejos en las imágenes producidas por el
telescopio 84cm del OAN.
J. Herrera, C. Tejada, L. Gutiérrez, G. Sierra, G. Guisa.
Instituto de Astronomía. Universidad Nacional Autónoma de México.
Km. 103 Carretera Tijuana-Ensenada, Ensenada, B. C., México.
RESUMEN:
El observatorio Astronómico Nacional ubicado en la
Sierra de San Pedro Mártir cuenta con tres telescopios, el
menor de ellos de 84 cm de diámetro y de diseño tipo
Ritchey-Cretien a f/15. Este telescopio cuenta con un
guiador y el sistema de filtros MEXMAN. Durante varios
años, algunos usuarios de este telescopio han venido
reportando “brillos” o “reflejos” que degradan las
imágenes astronómicas.
En este trabajo se revisan los antecedentes disponibles,
se muestran los resultados de una temporada de
observación con el objetivo de reproducir el problema y
el estudio del tren óptico para determinar el origen de
dichas reflexiones mediante la simulación optomecánica
del telescopio utilizando el programa ZEMAX® con trazo
de rayos no secuencial.
Con base en los resultados obtenidos se planteó una
solución, por medio de un baffle preliminar, que fue
implementado en una segunda temporada de
observación.
Finalmente se presentan algunas imágenes obtenidas
con el baffle preliminar, que será substituido por uno
definitivo durante los trabajos del próximo aluminizado
del primario.
Contenido
1._ INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
2._ PRUEBAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
3._ GUIADOR----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
4._ SIMULACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
5._ BAFFLE -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
6._ RESULTADOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7
7._ CONCLUSIONES -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
8._ REFERENCIAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
Herrera, Tejada, Gutiérrez, Sierra, Guisa.
1._INTRODUC CIÓN
Con fecha del 24 de abril de 2006, M. Richer presenta el reporte: “Donas producidas por el
guiador del telescopio de 84cm” (cfr. Ref. 3) del que tomamos el siguiente párrafo:
Motivados por reportes recientes (Héctor Hernández Toledo), investigamos el
asunto de reflejos débiles en imágenes directas del telescopio de 84cm. Hace varios
años, se habían reportado (Simon Kemp) reflejos en forma de dona cuando uno
elegía estrellas en la mitad inferior del campo del guiador. Para eliminar este
problema y también disminuir la variación de la luz difusa, que también se había
atribuido al espejo del guiador (Andre Moitinho), se modificó el espejo del guiador,
partiéndolo en dos, hace del orden de dos años. Cuando apareció el problema de
nuevo, hubo un esfuerzo reciente de modificar los baffles del telescopio, pero no
tuvo efecto para disminuir los reflejos y se sugirió que pudiera todavía tener que ver
con el espejo del guiador. (M., 2006)
Y más adelante, tras sus propias observaciones, concluye:
“La secuencia de imágenes demuestra que no solamente el reflejo en forma de
dona está asociado al guiador, sino que existen otros con formas más usuales en
forma de arcos también” (Op.cit.)
Este trabajo fue realizado para resolver el problema de reflejos en las imágenes astronómicas
del telescopio de 84cm del OAN, específicamente en imagen directa utilizando la rueda de filtros
MEXMAN. El telescopio cuenta con un guiador que utiliza parte del campo de visión del
telescopio para el guiado. La estrella de guía puede ser seleccionada en la interfaz del software.
Los reportes de los estudios realizados por M. Richer (Op. cit.) para comprender la
naturaleza de los reflejos indicaban que estos aparecen cuando la estrella seleccionada para el
guiado se encuentra en la parte sur del campo, independientemente de la posición en este u
oeste.
La Figura 1 muestra el tipo de reflejos reportados. Se observa lo siguiente:
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Figura 1: Reflejos reportados y algunas estrellas. (CCD Marconi).
2._ PRUEBAS
Durante el mes de Mayo del 2011 se realizó una temporada de ingeniería para investigar
dicho problema. Para realizar una revisión del tren óptico completo, se utilizó el CCD ESOPO
junto con un pinhole a manera de cámara obscura. Iluminando la cúpula podemos observar
todos los objetos a lo largo del tren óptico tales como baffles, elementos del guiador, la araña del
secundario, etc.
Se adquirieron imágenes para dos posiciones angulares extremas del espejo del guiador, es
decir, simulando un guiado con estrella al norte y luego con estrella al sur, con la finalidad de
observar las variaciones que pudiesen generarse en los reflejos buscados. La Figura 2 nos muestra
las imágenes obtenidas con la cámara obscura, donde pueden apreciarse los cambios de
iluminación cuando el espejo se encuentra en las posiciones norte y sur.
Figura 2: Imagen del tren óptico con guiador al norte (Izquierda).
Imagen del tren óptico con guiador al sur (Derecha).
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Las imágenes tomadas con la cámara obscura evidencian principalmente la existencia de una
superficie con forma de arco, que solo produce un reflejo cuando el espejo del guiador se
encuentra en la posición sur.
En las condiciones del experimento realizado, la cámara obscura forma una imagen de lo que
está entre ella y la cúpula del telescopio, por lo tanto, aunque se ha ubicado una superficie que
en cierta posición refleja luz difusa hacia el detector, es necesario corroborar la existencia de
reflejos similares cuando la fuente de luz se encuentra en el infinito.
3._GUIADOR
El único elemento móvil que se encuentra en el tren óptico, y que pudiese generar el
resultado visto en la Figura 2 –derecha-, corresponde a la base de los espejos del guiador.
Mientras que la luz del campo central del telescopio pasa directamente hacia el detector, el
campo lateral es desviado por unos espejos hacia la cámara del guiador. La inclinación de los
espejos le permite al guiador observar estrellas de norte a sur, mientras que el desplazamiento
lateral de la cámara le permite ver estrellas este a oeste.
La base de los espejos del guiador se muestra en la Figura 3 -vistas correspondientes a la parte
superior e inferior respectivamente-. En ésta, los objetos de color azul representan a los espejos
mencionados, mientras que la parte verde corresponde a la base que los sostiene y se inclina para
guiar con estrellas de norte a sur.
Figura 3: Detalles superior e inferior de la base de los espejos del guiador.
La Figura 3 –derecha- muestra un corte de sección circular en la parte inferior del orificio
rectangular, dicho corte fue realizado con la finalidad de evitar viñeteo en el cono de luz que
viene del secundario.
La superficie de dicho corte en forma de arco queda paralela al eje óptico, cuando la
inclinación de los espejos es de 45 grados con respecto al eje óptico. El elemento mecánico en
cuestión se encuentra pintado de color negro para minimizar los reflejos, pero en ángulos
rasantes, las superficies se tornan reflectantes.
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4._ SIMULACIÓN
La distribución de luz que genera un telescopio sobre el detector es diferente para fuentes de
luz en el infinito y fuentes cercanas. Cabe remarcar que con el uso del pinhole no observamos lo
que el telescopio ve, sino lo que está en el camino de la luz dentro de él y en sus cercanías hacia
el cielo tales como la cúpula. Una vez que hemos detectado el posible origen de las reflexiones es
necesario comprobar que las imágenes formadas con el telescopio, con la influencia de dicho
objeto, presentan brillos como los encontrados por los observadores. Si los brillos son
producidos por la luz rasante, sobre esa superficie será necesario colocar algún tipo de baffle o
barrera para impedirlo.
Dado que el telescopio se encuentra en uso astronómico, es imposible realizar pruebas en el
telescopio y realizar las correcciones necesarias al guiador.
Para poder estudiar la formación de imágenes con el sistema completo se realizó una
recolección de todos los datos correspondientes a los objetos no ópticos en el camino de la luz:
cubetas, baffles, platina y guiador, además de las superficies ópticas obvias tales como primario y
secundario.
Todos los datos del diseño fueron incluidos en el software de diseño óptico ZEMAX, y se
realizó una simulación lo mas completa posible de las situaciones de observación
El software ZEMAX brinda la posibilidad de cargar elementos mecánicos IGS para las
simulaciones y darle características ópticas como textura y reflectividad además de poder situar
fuentes de luz a voluntad por el usuario y simular CCDs.
Para realizar la simulación se utilizaron fuentes de luz a manera de estrella en el infinito y se
colocó una superficie detectora en el plano de la imagen para capturar la luz del sistema. Para
obtener un resultado coherente con la realidad se implementó el trazo de rayos no secuencial
(Figura 4), el cual permite múltiples reflexiones de la luz sobre un mismo objeto además de
poder interactuar con cualquier superficie en el camino óptico sin importar su posición respecto
de las demás.
Figura 4: Trazo de rayos no secuencial
En la configuración utilizada se simuló una estrella brillante fuera del campo central, como se
haría con el guiador. Se realizó un trazo de rayos, con la estrella en la parte norte del campo y la
siguiente con la parte sur del campo. Estas dos posiciones generan la inclinación de la base de los
espejos mostrada en la Figura 3, provocando mayor o menor incidencia rasante de la luz sobre de
ella.
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La Figura 5 –izquierda- muestra la imagen en el detector producida para estas dos posiciones,
obteniendo reflejos muy similares a los reportados por M. Richer y que fueron mostrados en el
ejemplo de la Figura 1.
Figura 5: Reflejos obtenidos de la simulación.
5._BAFFLE
Durante una segunda temporada realizada en el mes de junio del 2011, se diseñó un baffle
rectangular con la finalidad de obstruir la luz reflejada por el corte circular mostrado en la Figura
3 –derecha-. El baffle fue construido inicialmente en cartón color negro y colocado con cinta
adhesiva en la parte inferior de la base mostrada en la Figura 3 –derecha-.
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La Figura 6 –izquierda- nos muestra una imagen tomada con el pinole. En ésta se puede ver
que la zona iluminada en forma de arco fue cubierta. Una vez probado el correcto
funcionamiento del bafle, se construyó uno igual con una lámina de bronce, el cual fue adherido
a la base de los espejos del guiador con silicón.
Figura 6: Detalles del baffle.
Derecha: prueba del baffle en cartón. Izquierda: baffle en bronce con pintura negro mate.
6._ RESULTADOS
El experimento y las correcciones realizadas en estas dos temporadas han sido satisfactorios.
Posteriormente a la instalación del bafle, se tomaron imágenes de los objetos M13 (Ver Figura
7) y M17 (Figura 9), realizando el guiado con estrellas de la parte sur. Como resultado se observó
una desaparición clara de los reflejos del tipo mostrado en la Figura 1.
Figura 7: Cúmulo globular M13 guiado con estrella al sur.
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Se realizó un recorrido con el objeto por todo el contorno del baffle, obteniendo también
imágenes limpias de reflejos (Ver Figura 8).
Figura 8: Cúmulo globular M13 en los 4 puntos cardinales intentando
obtener reflejos en los bordes del guiador.
La Figura 9 nos muestra un RGB obtenido con la rueda de filtros y guiado con estrellas al sur,
donde tampoco se encontraron dichos reflejos.
Figura 9: Nebulosa M17 en RGB.
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7._CONCLUSIONES
El guiado en el telescopio SPM84 estaba limitado a estrellas al norte de su campo. Los
astrónomos que ignoraran o pasaran por alto esta condición podían terminar con reflejos en sus
imágenes que, además, cambiaban con ligeras inclinaciones del espejo del guiador por lo que la
limpieza de las imágenes de manera digital tenía entonces que ser realizada de manera
individual.
Se espera haber terminado con este problema y se esperan las impresiones de los astrónomos
que pudiesen detectar algún otro reflejo o problema del cual no nos hayamos percatado.
Las correcciones realizadas se aplicarán de manera definitiva durante una temporada de
aluminizado durante el próximo año 2012, donde se modificará el guiador para incluir de mejor
manera al baffle.
Una base de datos sobre el diseño optomecánico siempre es de gran utilidad pues permite
reproducir y verificar el origen de los problemas sin la necesidad de realizar operaciones que
comprometan el equipo.
Existen irregularidades en las imágenes de campos planos con cúpula las cuales serán un
punto de estudio para futuras temporadas de ingeniería.
8._REFERENCIAS
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